Najbardziej chropowatą powierzchnię mają elementy, które wychodzą bezpośrednio z procesu kucia lub odlewania. Tu na gładkość wpływa przede wszystkim to, z czego wykonana jest forma oraz jaki kształt i parametr chropowatości powierzchni mają matryce do kucia. Niższe chropowatości powierzchni uzyskuje się przez stosowanie różnych rodzajów obróbki, takich jak frezowanie, szlifowanie, polerowanie czy dogładzanie. Przy pomocy każdej z nich można uzyskać większą gładkość powierzchni, czyli mniejszy wskaźnik chropowatości.

Co to jest chropowatość?

Chropowatością powierzchni jest konkretny wymiar charakteryzujący głębokość rys na danej powierzchni. Rysy te powstają podczas każdego rodzaju obróbki i są zjawiskiem niepożądanym. W technice stosuje się odpowiednie rodzaje obróbki powierzchni, tak aby wielkość i głębokość rys zmniejszyć do wymaganego rozmiaru.

Ilustracja 1. Stopień chropowatości powierzchni wyznacza się wymiarem, który jest różnicą między najgłębszą rysą a najwyższym wzniosem obrabianej powierzchni.

W kolejnych krokach obróbki wgłębienia są usuwane przez zdjęcie materiału obrabianego. Przykładem może być tu szlifowanie. Podczas obróbki zgrubnej stosuje się papier ścierny o grubym ziarnie, który pozostawia na powierzchni obrabianej widoczne i głębokie rysy. Aby rysy te zlikwidować, stosuje się papier ścierny o większej gradacji, czyli o mniejszym ziarnie. Dzięki użyciu takiego ścierniwa usuwa się wierzchnią warstwę materiału, powodując, że powstałe wcześniej zarysowania stają się płytsze, co oznacza zmniejszenie chropowatości powierzchni.

Warto wiedzieć
Czym jest chropowatość

Chropowatość lub chropowatość powierzchni to cecha powierzchni ciała stałego oznaczająca rozpoznawalne optyczne lub wyczuwalne mechanicznie nierówności powierzchni, które nie wynikają z jej kształtu lecz są przynajmniej o jeden rząd wielkości drobniejsze. Wielkość chropowatości powierzchni zależy od rodzaju materiału i – przede wszystkim – od rodzaju jego obróbki. W budowie maszyn stosuje się dwa podstawowe parametry określające:

  • średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej – Ra. Linia średnia jest teoretyczną linią, przy której suma kwadratów odległości wzniesień i zagłębień jest najmniejsza. Pomiaru dokonuje się na odcinku elementarnym Le określanym przez Polską Normę. Długość odcinka elementarnego zależy od wartości parametru chropowatości i może być równa jednej z sześciu wartości wyrażonych w milimetrach: 25; 8; 2,5; 0,8; 0,25; 0,08.
  • wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu – Rz. Suma średniej arytmetycznej wysokości pięciu najwyższych wzniesień ponad linię średnią i średniej głębokości pięciu najniższych wgłębień poniżej linii średniej. Parametr Rz został usunięty z norm ISO i nie został zastąpiony żadnym innym. Obecnie symbolem Rz oznacza się największą wysokość profili (wcześniej Ry). Chropowatość mierzona jest specjalnymi urządzeniami pomiarowymi zwanymi profilometrami. Większość z produkowanych obecnie urządzeń jest w stanie zmierzyć obydwa parametry.

Jak zbudowany jest papier ścierny

Na podłoże papieru ściernego naniesione jest spoiwo i ziarno. Poszczególne nośniki (podłoża) różnią się odpornością na rozerwanie, elastycznością oraz podatnością na zużycie. Wybór odpowiedniego podłoża zależy od wymagań stawianych zadaniom obróbczym.

Najczęściej stosowanymi podłożami są: papier, płótno, fibra wulkanizowana i tworzywo sztuczne. Papier o gramaturze 70–100 g/m2 stosuje się najczęściej do papierów ściernych przeznaczonych do szlifowania ręcznego. Materiały ścierne na podłożu płóciennym stosuje się najczęściej do obróbki metalu. Fibra wulkanizowana używana jest do ściernic (krążków). Jest to materiał stabilny i odporny na zużycie. Przy produkcji nasypowych materiałów ściernych konieczne jest użycie spoiwa na bazie żywic. Odpowiedni dobór materiału ściernego ma wpływ na uzyskaną w procesie obróbczym jakość powierzchni oraz ekonomiczność pracy.

Najczęściej stosowanymi materiałami dla ziarna ściernego są:

  • korund A – jako ziarno ścierne znajdują zastosowanie różne rodzaje korundu. Mogą występować w formie wytopionej lub spiekanej, na twardość i ciągliwość materiału wpływ mają niektóre procesy produkcyjne lub dodatki,
  • korund ceramiczny CO – jest korundem spiekanym, rozróżnia się korund ze spieków boksytowych oraz korund zol-żelowy. Do narzędzi ściernych nasypowych stosuje się przeważnie ten drugi rodzaj – to nowoczesne ziarno ścierne z uwagi na swoją ciągliwość i dobry efekt samoostrzenia znacznie zyskało na znaczeniu,
  • korund cyrkonowy Z – jest to mieszanina elektrokorundu i tlenku cyrkonu, cechuje go mniejsza twardość, jednak większa ciągliwość. Znaczny udział tlenku cyrkonu ma widoczny efekt samoostrzenia korundu cyrkonowego i przyczynia się do zwiększenia wydajności,
  • węglik krzemu SiC – to sztucznie wyprodukowane ziarno o bardzo ostrych krawędziach, które cechuje niewielka ciągliwość i duża twardość, nadaje się szczególnie do obróbki tytanu, aluminium, brązu, kamienia i tworzyw sztucznych,
  • ziarno diamentowe – najtwardszy materiał ścierny, zbudowany z czystego węgla w postaci krystalicznej; diamenty te uzyskiwane są syntetycznie, są to najdroższe materiały ścierne.

 

Warto wiedzieć
Liczby na papierze ściernym
Oznaczenie ziarnistości znajduje się na spodzie arkusza (taśmy) w postaci liczby, np. 60, 80, 120, 180, 240, 500, 800, 1000… Liczba ta jest związana z wielkością ziaren materiału ściernego. Im większa liczba, tym papier ścierny jest drobniejszy. Oznacza ona, ile oczek występuje na 1 calu kwadratowym w sicie przesiewającym materiał ścierny podczas produkcji papierów. Do gradacji około 240 podczas produkcji stosuje się metodę przesiewania, natomiast przy papierach ściernych przesiewanie ścierniwa jest utrudnione, więc stosuje się metodę sedymentacji według normy EN ISO 6344. Rozróżnia się papiery zwykłe oraz „wodne”, czyli wodoodporne. Różnią się one rodzajem użytego spoiwa, które gwarantuje odporność na dane środowisko pracy.

Wygładzanie rys

Przy szlifowaniu stosuje się różne gradacje papieru ściernego. Zaczyna się od papieru o niskiej gradacji, czyli „grubego”. Gradacja stopniowo powinna być zwiększana, aby zmniejszyć głębokość rys, jednocześnie wygładzając powierzchnię. Po użyciu papieru ściernego o najwyższej dla danej operacji gradacji otrzymuje się powierzchnię o dostatecznej chropowatości. Aby uzyskać powierzchnię o większej gładkości, konieczne jest zastosowanie innej techniki. Jest nią polerowanie. Polerowanie polega na użyciu krążka ściernego – zazwyczaj filcowego – który rozprowadza po powierzchni ścierniwo, dostarczane w postaci pasty lub zawiesiny.  Zadaniem ścierniwa jest, tak samo jak w przypadku papieru ściernego, wygładzenie rys powstałych przy poprzednim etapie szlifowania. W motoryzacji polerowanie stosuje się najczęściej do wykańczania powierzchni pokrytych lakierem. W niektórych przypadkach polerowane są wybrane elementy pojazdu mające przyciągnąć wzrok. Są to elementy wykończenia takie jak obręcze kół czy kolektory silnika. Przy tuningu, aby osiągnąć laminarny przepływ mieszanki paliwowo-powietrznej, poleruje się od wewnątrz kanały dolotowe. Dzięki temu mieszanka ma mniejszy opór podczas napełniania cylindra. Ponadto polerowanie nieznacznie umacnia powierzchnię materiału bazowego. Jest to spowodowane likwidacją mikroskopijnych rys, dzięki czemu eliminowane jest zjawisko karbu.

W tabeli  podano parametry chropowatości powierzchni uzyskane przy zastosowaniu odpowiednich technik obróbki powierzchni.

Parametry chropowatości powierzchni „Ra” uzyskane różnymi technikami obróbki

 

 

Rodzaj obróbki

Chropowatość Ra [um]

80

40

20

10

5

2,5

1,25

0,63

0,32

0,16

0,08

0,04

0,02

0,01

kucie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

odlewanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

walcowanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

struganie

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

frezowanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

toczenie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wytaczanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rozwiercanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

szlifowanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

polerowanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

docieranie

 

 

 

 

 

 

 

 

dogładzanie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gładkość powierzchni a jej wygląd

Szlifowanie powierzchni podczas wszelakich prac blacharskich stosuje się w celu uzyskania jej odpowiedniego wyglądu. Powierzchnia obrabiana materiałem szlifierskim o wyższej gradacji jest bardziej błyszcząca, gdyż światło odbijane od niej ulega mniejszemu rozproszeniu. Ma to czysto fizyczne wytłumaczenie, wynikające z odbijania promieni świetlnych.
Na ilustracji 2 przedstawiony jest bieg promieni świetlnych padających na powierzchnię. Kąt odbicia światła jest równy kątowi jego padania, jednak przy chropowatej powierzchni światło ulega rozproszeniu (promienie czerwone). Zjawisko to jest dokładnie przedstawione na ilustracji 3, gdzie pod uwagę wzięte są minimalne niedoskonałości gładkości powierzchni. Tutaj także obowiązuje zasada równości kąta padania oraz kąta odbicia, jednak przy nierównej powierzchni promienie światła padają na jej wycinki pod różnymi kątami, co powoduje rozproszenie promieni świetlnych.

Ilustracja 2. Kąt odbicia światła równy jest kątowi padania. Drobne nierówności powierzchni, na którą pada światło, powodują jego rozproszenie.

Ilustracja 3. Efekt rozproszenia światła przez jego padanie na nierówność powierzchni.

Zjawisko rozproszenia światła wzmacnia wrażenie matowości powierzchni. W celu uzyskania powierzchni błyszczącej konieczne jest jej oszlifowanie coraz drobniejszym papierem ściernym. Po szlifowaniu najdrobniejszą gradacją papieru ściernego uzyskuje się powierzchnię gładką, lecz ciągle matową. Aby uzyskać powierzchnię błyszczącą, konieczne jest jej polerowanie.

Polerowanie lakieru

Przed polerowaniem lakieru samochodowego konieczne jest dokładne umycie karoserii, aby pozbyć się wszystkich zanieczyszczeń. Przede wszystkim groźne dla całego procesu są pojedyncze ziarenka piasku, które mogą spowodować powstanie głębokich i widocznych rys. Najlepszy efekt uzyskuje się przez mycia auta aktywną pianą, która usuwa zaschnięte owady i silne zabrudzenia. Następnie konieczne jest usunięcie z lakieru wszystkich pozostałości, które nie zostały umyte. Przykładem może być smoła lub zanieczyszczenia pozostałe po konserwacji podwozia. W tym celu stosuje się glinkę lakierniczą, którą formuje się ręcznie w krążek, a następnie przeciera nim karoserię za pomocą
ruchów w dwóch płaszczyznach. Glinka ma delikatne właściwości ścierne, dzięki czemu dobrze usuwa oporne zanieczyszczenia. Używając glinki lakierniczej, powinno się stosować dodatkowy preparat zwilżający, który nadaje jej poślizg. Co jakiś czas konieczne jest uformowanie krążka glinki na nowo, ponieważ ulega ona zabrudzeniu zebranymi z karoserii zanieczyszczeniami.

Po glinowaniu karoserię należy przetrzeć bardzo drobnym papierem ściernym (wodny – gradacja 3000). Przy szlifowaniu powierzchni należy używać znacznej ilości wody, aby na bieżąco usuwać zebrany materiał. Gdy cała karoseria jest matowa, można przystąpić do polerowania.

Aby profesjonalnie wykonać polerowanie lakieru, konieczne jest posiadanie odpowiedniego sprzętu (polerka) oraz wykwalifikowanego pracownika, który wie, w jaki sposób polerować, aby lakierowi nie zaszkodzić.
Wśród dostępnych na rynku polerek należy rozróżnić dwie podstawowe grupy, różniące się budową. Są to polerki proste, w których tarcza polerska zamontowana jest bezpośrednio na wale silnika elektrycznego, i polerki kątowe, które przypominają szlifierki kątowe z zamontowaną tarczą polerską.

Należy zdawać sobie sprawę z tego, że nie wolno zakładać tarcz polerskich do szlifierek kątowych, ponieważ polerki pracują ze znacznie niższymi prędkościami obrotowymi i tarcza polerska mogłaby ulec rozerwaniu.
Kolejnym podziałem polerek jest podział ze względu na ruch tarczy polerskiej. Rozróżnić tu można dwie podstawowe konstrukcje – polerki obrotowe, w których mamy do czynienia tylko z ruchem obrotowym tarczy polerskiej, oraz polerki orbitalne, w których oprócz ruchu obrotowego tarczy można zaobserwować ruch obiegowy.

Ilustracja 4. Polerowanie lakieru to proces wielostopniowy, wymagający użycia odpowiednich maszyn oraz preparatów. Za jego pomocą można jednak usunąć takie uszkodzenia jak zadrapania czy niewielkie rysy.

Ilustracja 5. Polerowanie jest zabiegiem, dzięki któremu można przywrócić świetność praktycznie wszystkim powierzchniom. Są jednak pewne rodzaje lakierów (satynowe, matowe), których polerować się nie powinno. W ich przypadku stosuje się odpowiednie pasty i woski.

Dobór polerki

W przypadku ruchu obrotowego użytkownik polerki musi się liczyć z większym nagrzewaniem powierzchni polerowanego lakieru, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do przypalenia lakieru, które jest jednoznaczne z koniecznością naprawy powłoki lakierniczej.

Polerki o konstrukcji orbitalnej nie są już tak niebezpieczne dla lakieru. Ich tarcza zmienia swoje położenie w trakcie polerowania, skutecznie rozpraszając wytworzone ciepło. W przypadku użycia polerek obrotowych rozproszenie ciepła musi się odbywać przez przemieszczanie polerki przez operatora. Podczas używania polerki orbitalnej nadal jest taka konieczność, jednak ciepło rozpraszane jest sprawniej dzięki ruchowi tarczy.

Aby polerka spełniała swoje zadanie, konieczna jest do niej pewna ręka prowadzącego. Nawet najprostsze urządzenie w rękach doświadczonego pracownika z łatwością usunie również najtrudniejsze uszkodzenia powłoki lakierniczej, jednak przy braku doświadczenia i użyciu past mocno ściernych można łatwo uszkodzić lakier. Użycie polerki orbitalnej gwarantuje większe bezpieczeństwo pracy.

Bardzo ważną cechą polerki jest jej moc, która według ekspertów nie powinna być mniejsza niż 1000 W. Ważna jest również waga urządzenia. Powinna być jak najmniejsza ze względu na potencjalne zmęczenie obsługującej ją osoby. Warto pamiętać, że lakierowana powierzchnia samochodu ma kilka metrów kwadratowych, a polerowanie polega na przynajmniej trzech przebiegach wykonanych różnymi gradacjami past polerskich.

Ilustracja 6. Ruch tarczy polerki prostej (góra) oraz orbitalnej (dół).

Nie za szybko, nie za wolno

Istotną funkcją każdej polerki powinna być możliwość regulacji prędkości obrotowej w zależności od obciążenia, czyli rodzaju wykonywanej pracy. Im większy zakres regulacji prędkości obrotowej, tym lepiej. Polerka podczas pracy powinna pracować jednostajnie i nie powinna zmieniać swoich obrotów. Większe prędkości sprawdzają się przy usuwaniu poważnych wad lakieru, jednak powodują szybkie nagrzewanie lakieru w miejscu styku z padem. Niska prędkość obrotowa przydatna jest do prac wykańczających. Optymalnym wyborem są polerki z prędkościami obrotowymi w zakresie od 1000 do 2000 obr./min.

Zakup polerki wiąże się zawsze z pewnym wydatkiem. Na rynku dostępne są urządzenia w zróżnicowanych cenach i bez problemu można kupić polerki zarówno za 250–300 złotych, jak i za ponad 2000 zł. Dopiero po pewnym czasie okaże się, który sprzęt wart był danej ceny. Decydując się na konkretny zakup, należy wziąć pod uwagę, jak często w warsztacie poleruje się lakier. Studia pielęgnacji i detailingu samochodów na pewno używają tych urządzeń w ruchu ciągłym, mały warsztat poleruje lakier rzadziej, więc i jego zapotrzebowanie będzie inne.